CN101421905B - 磁铁埋入式转子、采用该转子的电动机以及采用该电动机的压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供不会降低产生力矩、能减少齿槽转矩并且降低振动噪音的磁铁埋入式转子、电动机及压缩机。在按规定间隔将永磁铁埋入转子铁芯内而形成的磁铁埋入式转子中，在与上述若干永磁铁对应的、上述转子铁芯中的凸极部间的外周面上，形成了第一突起部和位于该第一突起部两侧的缺口部，在上述永磁铁的两端部形成了防止磁通短路用的非磁性部，将该非磁性部与上述缺口部之间的桥部尽可能缩窄到磁饱和程度，在上述缺口部上形成了向外周面方向伸出的1个至若干个第二突起部。
Description
技术领域
本发明涉及民用机器、商业机器等中使用的电动机或发电机中的、在转子铁芯中埋入了永磁铁而构成的磁铁埋入式转子以及采用该转子的电动机。
背景技术
使用此种磁铁埋入式转子的一般电动机如图12所示，在定子10的内周部，留有空隙部12地配置着转子11。上述转子11的构造是，在多片薄板状硅钢板叠置而成的转子铁芯19内，呈大致正方形地埋入4个永磁铁16，用铆钉18固定，在中心安装着旋转轴13。另外，在各永磁铁16的两端部，形成了防止磁通短路用的空隙等的非磁性部17。朝向上述各永磁铁16外侧的转子铁芯19的部分，构成了凸极部20。
另外，上述定子10的构造是，例如，以60度间隔形成了6个定子齿部14，在各定子齿部14上，卷绕了3相的定子绕组15。
使用图12所示形状的转子11的电动机的磁通密度分布如图15所示，显示出接近矩形波的特性，含有较多的高谐波成分，电动机旋转时产生的铁损多，效率低。
为此，为了改进这一点，提出了图13所示的转子构造(专利文献1)。
该转子构造如图13所示，使比转子铁芯19原有半径小的半径r的中心点，与转子11的中心点错开，转子铁芯19的外周面24从凸极部20的中心部到非磁性部17，空隙长度渐渐增大地变化。根据该专利文献1，减少了高谐波成分，降低铁损，由此磁通密度分布如图14所示，显示出接近正弦波的特性。
另外，为了减小力矩波动，降低振动、噪音，提出了图16所示的转子构造(专利文献2)。
通常，在永磁铁16的端部与转子铁芯19的外周面24之间，为了使转子铁芯19不分割，用细长的桥部21连接着。图16(a)所示的第一例中，从凸极部20侧到相邻的2个非磁性部17中的辅助肋部22，将非磁性部17的内周面23从点划线位置变化到实线位置，使桥部21的宽度渐渐变窄。
图16(b)所示的第二例中，将转子铁芯19的外周面24，从点划线位置切削到实线位置，使宽度变化。
图16(c)所示的第三例中，将非磁性部17的内周面23切成台阶状。
图16(d)所示的第四例中，将非磁性部17的内周面23切成多边形状。
采用上述构造，可以减小力矩波动，降低振动、噪音。
上述使桥部21的宽度渐渐变化的构造，存在着永磁铁16的磁通分散的问题。即，图13和图16所示转子11的形状，虽然在各永磁铁16的两端部设置了非磁性部17，但是，该永磁铁16的磁通，从非磁性部17通过相向的定子10，朝着相邻的凸极部20产生泄漏磁通，该泄漏磁通导致齿槽转矩增加，结果噪音增加。因此，要实现峰值大且高谐波成分少的感应电压是很困难的。
为了解决该问题，本申请人提出了下述的转子构造，即如图5所示，为了使磁通密度集中，设置了陡峻的切口部25，同时，将相邻非磁性部17间的桥部21延伸到外周面24，形成突起部26(专利文献3)。
专利文献1：日本特开2003-37955号公报
专利文献2：日本特开2000-217287号公报
专利文献3：日本特开2005-354798号公报
发明要解决的课题
专利文献3所示的构造，虽然能增加电动机的输出力矩并且减少齿槽转矩，但是，设置了陡峻的切口部25时，依然存在着磁通密度的变化大、感应电压波形中存在5次的高谐波成分等若干问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供尽可能不减小产生力矩、可减小齿槽转矩且降低振动噪音(力矩波动)的磁铁埋入式转子以及采用该转子的电动机。
解决课题的技术方案
本发明的磁铁埋入式转子，是将永磁铁以预定间隔埋入转子铁芯内而形成的，其特征在于，在与上述若干永磁铁对应的、上述转子铁芯中的凸极部间的外周面上，形成了第一突起部和缺口部；在上述永磁铁的两端部，形成了防止磁通短路用的非磁性部；将该非磁性部与上述缺口部之间的桥部，缩窄到磁饱和程度，在上述缺口部上，形成朝外周面方向伸出的第二突起部。
上述缺口部，是从凸极部的外周面朝着第一突起部渐渐变化地形成的。
上述凸极部外周面上的、开始两侧缺口部的拐点间的中心角，设定为40～48度。
缺口部中的第二突起部，隔开间隔地形成有若干个，并且形成为不同的高度，距转子与定子间的空隙部的距离具有变化。
永磁铁，由形成为直线状的磁铁构成。
发明效果
根据技术方案1的发明，将永磁铁以预定间隔埋入转子铁芯内而形成的磁铁埋入式转子中，在与上述若干永磁铁对应的、上述转子铁芯中的凸极部间的外周面上，形成了缺口部和第一突起部；在上述永磁铁的两端部，形成了防止磁通短路用的非磁性部；将该非磁性部与上述缺口部之间的桥部，缩窄到磁饱和程度，在上述缺口部上，形成朝外周面方向伸出的第二突起部。因此，可以增加电动机的输出力矩，而且减少齿槽转矩，并降低振动噪音(力矩波动)。因此，可成为更接近正弦波的输出波形。
技术方案2的发明中，缺口部是从凸极部的外周面朝着第一突起部渐渐变化地形成的，所以，磁通密度的变化小，可尽可能地改善感应电压波形中的高谐波成分。
技术方案3的发明中，凸极部外周面上的、开始两侧缺口部的拐点间的中心角，设定为40～48度，所以，可以使波形的顶部更接近于正弦波形。
技术方案4的发明中，缺口部中的第二突起部，隔开间隔地形成有若干个，并且形成为不同的高度，第二突起部和与定子间的空隙部的距离产生变化，所以，可以使两侧部的波形比波形顶部更为膨出，形成为正弦波形。
技术方案5的发明中，永磁铁形成为朝外周扩开的V字形，所以，可提高输出并减少齿槽转矩。
技术方案6的发明是电动机，该电动机备有定子和转子，采用将永磁铁以预定间隔埋入上述转子的转子铁芯内而形成的磁铁埋入式转子；上述定子，是集中卷绕定子，在从定子轭铁部以预定间隔伸到中心部的若干个定子齿部上，分别集中卷绕了定子绕组；上述转子，在与上述若干个永磁铁对应的凸极部间的外周面上，形成了第一突起部和位于该第一突起部两侧的缺口部，在上述永久磁铁的两端部，形成了防止磁通短路用的非磁性部，将该非磁性部与上述缺口部之间的桥部，缩窄到磁饱和程度，在上述缺口部上，形成朝外周面方向伸出的第二突起部。所以，可以作为民用机器、商业机器等使用的电动机，可增加电动机的输出力矩，并减少齿槽转矩，减低振动噪音(力矩波动)。
技术方案7的发明是压缩机，该压缩机备有配置在密闭容器内部的压缩部、和技术方案6记载的电动机，该电动机作为将从压缩部中的吸入口吸入的制冷剂气体压缩后从排出口排出的驱动源。所以，可增加输出，而且减少齿槽转矩，降低振动噪音(力矩波动)。
附图说明
图1是表示本发明实施例1的转子11的局部放大图。
图2是表示本发明实施例1的转子11具体尺寸的局部放大图。
图3是表示本发明实施例2的转子11的局部放大图。
图4(a)(b)(c)分别是表示本发明实施例2的转子11中的第二突起部27的不同例的局部放大图。
图5是比较用的转子11，表示设置了陡峻的切口部25、形成第一突起部26、半径R部分的中心角θ为57.0度的局部放大图。
图6是比较用的转子11，表示设置了渐渐变化的切口部25、形成第一突起部26、半径R部分的中心角θ为48.0度的局部放大图。
图7是比较用的转子11，表示设置了渐渐变化的切口部25、形成第一突起部26、半径R部分的中心角θ为40.0度的局部放大图。
图8是比较用的转子11，表示设置了渐渐变化的切口部25、形成第一突起部26、半径R部分的中心角θ为44.0度的局部放大图。
图9是比较用的转子11与本发明实施例1的转子11的特性比较说明图。
图10是比较用的转子11与本发明转子11的波形的比较图。
图11是比较用的转子11与本发明实施例2的转子11的特性比较的说明图。
图12是使用磁铁埋入式转子的一般电动机的说明图。
图13是已往的磁铁埋入式转子的说明图。
图14是图13所示磁铁埋入式转子特性图。
图15是图12所示磁铁埋入式转子特性图。
图16是已往其它的磁铁埋入式转子的说明图。
具体实施方式
转子，由多片薄板状硅钢板叠置而成的转子铁芯、4个永磁铁、中心的旋转轴、靠近外周4个部位的固定用铆钉构成。
上述转子铁芯，基本上具有预定半径。上述永磁铁，其大小是长边×短边的尺寸，与通过中心点的X轴和Y轴平行地、隔开距离地埋入。与这些永磁铁的长边的面对应的外周面侧，构成凸极部。另外，在这些永磁铁的两端部，形成了防止磁通短路用的空隙等的非磁性部，相邻的2个非磁性部之间，成为加强肋部。与该加强肋部相连的转子铁芯的外周面侧，形成第一突起部，该第一突起部的两侧的外周面部分，形成缺口部，在该缺口部，形成一个至若干个本发明特有的第二突起部。
实施例1
下面，参照附图说明本发明的实施例。
图1和图2中，转子11由多片薄板状硅钢板叠置成的转子铁芯19、4个永磁铁16、中心的旋转轴13、和靠近外周4个部位的固定用铆钉18构成。
上述转子铁芯19，设其半径为R(例如30.00mm)，上述永磁铁16，其大小是长边D1(例如26.5mm)×短边D2(例如2.8mm)，与通过中心点O的X轴和Y轴平行并隔开距离L(例如18.02mm)地埋入着，与这些永磁铁16的长边的面对应的外周面24侧，构成凸极部20。另外，在这些永磁铁16的两端部，形成了防止磁通短路用的空隙等的非磁性部17，相邻的2个非磁性部17之间，成为加强肋部22。与该加强肋部22相连的转子铁芯19的外周面24侧，形成第一突起部26。该第一突起部26两侧的外周面24部分，形成为缺口部25，在该缺口部25，形成了1个至若干个本发明特有的第二突起部27。
定子是与图12同样构造的集中卷绕定子，例如，以60度的间隔形成6个定子齿部14，在各定子齿部14上，集中卷绕着3相的定子绕组15。
下面，用具体数值更详细地说明上述转子11。上述凸极部20的部分，以轴线为中心的中心角θ(例如44度)，其半径R＝30.00mm。以其两端的H点作为拐点，到第一突起部26，形成了半径为r的缺口部25。该半径r的中心点P，例如位于距X轴P1(例如12.13mm)、距Y轴P2(例如3.59mm)的部位。这样，非磁性部17与缺口部25之间的桥部21，在不妨碍转子铁芯19的冲裁加工或定子10的组装加工的范围内，其宽度尽可能地变窄，例如形成为0.5mm左右或更小的宽度，使得磁饱和且磁通不容易通过。
上述本发明特有的第二突起部27，在图1的例中，是形成了3个第二突起部27a、27b、27c，在图2的例中是形成了2个第二突起部27a、27b。
这些第二突起部27a、27b、27c，宽度为0.3～0.6mm左右，都设定得比前端部被切去前的圆周面24低。另外，作为本发明目的的减少齿槽转矩且降低振动噪音(力矩波动)的效果，是接近凸极部20者最大，顺序是第二突起部27a>第二突起部27b>第二突起部27c。
下面，参照图9和图10，说明实施例1的转子11(图1或图2)的实验作用效果。
图9中，表示图5、图6、图7、图8没有第二突起部27的比较用的转子11。即，图5表示设有陡峻的缺口部25、形成第一突起部26、半径R部分的中心角θ为57.0度的例子。图6表示设有渐渐变化的缺口部25、形成第一突起部26、半径R部分的中心角θ为48.0度的例子。图7表示设有渐渐变化的缺口部25、形成第一突起部26、半径R部分的中心角θ为40.0度的例子。图8表示设有渐渐变化的缺口部25、形成第一突起部26、半径R部分的中心角θ为44.0度的例子。
对这5个例子进行比较，如图9所示。
在齿槽转矩方面，图1所示的本发明的具有第二突起部27的转子11，比没有第二突起部27的转子，减少到大约1/2。
在输出力矩方面，具有第二突起部27的转子11，虽然比其它转子稍少一点点，但几乎都没有变化。
图10表示感应电压波形和频率特性。其中，从感应电压波形图可知，中心角θ大时，波形的顶部呈扁平状，中心角θ小时，波形的顶部呈尖状，该中心角θ在40～48度为宜，最好为44度左右。另外，没有第二突起部27的图5、图6、图7以及图8的例子中，在顶部的两侧急剧下降后成为水平，再次急剧下降，形成了凹凸。相对于此，具有第二突起部27的图1中，其下降平缓，极近似于正弦波形。
在力矩波动方面，从频率特性图可知，图5的场合，呈现5次、7次、11次、13次的高谐波，为最多。图1虽然比图6、图7、图8稍稍差一点，但使用上没有问题。
实施例2
图3表示本发明的实施例2。该例中，将永磁铁16配置成V字形。把永磁铁16配置成V字形时，虽然输出提高，但作为本发明目的的、减少齿槽转矩并降低振动噪音(力矩波动)的效果，与实施例1几乎没有变化。其它的构造与图2相同。
图4(a)表示形成了2个第二突起部27a、27b的图3的放大图。图4(b)表示两侧陡峻地上升而形成了1个第二突起部27a的例子。图4(c)表示两侧平缓地上升而形成了1个第二突起部27a的例子。
下面，参照图11，说明实施例2那样构成的转子11(图3或图4)的实验作用效果。
在齿槽转矩方面，图4(c)所示的第二突起部27为1个且平缓的场合是最好的，但是，图4(a)和图4(b)所示的场合也具有充分的效果。
在力矩波动方面，图4(a)所示的第二突起部27为2个的场合最好，但是，图4(b)和图4(c)所示的场合也具有充分的效果。
上述实施例中，转子11中的永磁铁16，是以90度的间隔配置了4个。但并不限定于此，可以适当地设定，也可以用60度的间隔配置6个，或用45度的间隔配置8个等等。
另外，定子10的构造也不限定于上述实施例。
可以把上述构造的电动机装在压缩机内。压缩机通常有旋转压缩机和涡旋压缩机两大类。
其中，旋转压缩机例如本申请人先前申请的日本特开2002-195180号公报所示，把电动机配置在密闭容器内的上部，把压缩部配置在下部，用曲柄轴将它们之间连接，该曲柄轴具有把上述电动机的旋转力传递给上述压缩部的偏心轴部。上述压缩部，其具有吸入口和排出口的气缸由上轴承和下轴承支承，在上述气缸的内部，设有可旋转地嵌合在偏心轴部上的环状辊。
作为这种旋转压缩机中的电动机，可以搭载本发明的采用磁铁埋入式转子的电动机。
另外，涡旋压缩机例如本申请人先前申请的日本特开2005-210826号公报所示，用主框架将密闭容器内划分成压缩机室和电动机室，并且，在上述电动机室的下部，设有用副框架划分出的储油室，在上述电动机室设置电动机，该电动机具有定子、转子、和具有旋转轴的曲柄轴。在上述压缩机室的上部，设置排出室，在下部设置涡旋式的压缩部，该涡旋式的压缩部具有压缩空间，该压缩空间形成在固定涡旋、旋回涡旋所备有的各涡卷片之间。随着曲柄轴的旋转，借助十字连杆的动作，将旋回涡旋驱动旋转，从吸入管吸入制冷剂气体，压缩后从排出孔排出到排出室，被排出到该排出室的高压制冷剂气体，通过第一制冷剂通路被导引到电动机室的上部，从该电动机室上部备有的排出管，导向制冷循环。
作为这种涡旋压缩机中的电动机，可以搭载本发明采用磁铁埋入式转子的电动机。
工业实用性
作为旋转压缩机、涡旋压缩机中的电动机，可以搭载本发明采用磁铁埋入式转子的电动机。
Claims (7)
1.一种磁铁埋入式转子，该磁铁埋入式转子是将永磁铁以预定间隔埋入转子铁芯内而形成的；其特征在于，在与若干个上述永磁铁对应的、上述转子铁芯中的凸极部间的外周面上，形成了缺口部和第一突起部；在上述永磁铁的两端部，形成了防止磁通短路用的非磁性部；将该非磁性部与上述缺口部之间的桥部缩窄到磁饱和的程度；在上述缺口部上，形成朝外周面方向伸出的第二突起部。
2.如权利要求1所述的磁铁埋入式转子，其特征在于，缺口部以从凸极部的外周面朝着第一突起部渐渐变化的方式形成。
3.如权利要求1或2所述的磁铁埋入式转子，其特征在于，凸极部外周面上的、开始形成两侧缺口部的拐点间的中心角，设定为40～48度。
4.如权利要求1或2所述的磁铁埋入式转子，其特征在于，缺口部中的第二突起部隔开间隔地形成有若干个，并且形成为不同的高度，距与定子之间的空隙部的距离带有变化。
5.如权利要求1或2所述的磁铁埋入式转子，其特征在于，永磁铁包括形成为朝外周扩开的V字形的永磁铁。
6.一种电动机，备有定子和转子，采用将永磁铁以预定间隔埋入上述转子的转子铁芯内而形成的磁铁埋入式转子；其特征在于，上述定子是集中卷绕定子，该集中卷绕定子在从定子轭铁部以预定间隔伸到中心部的若干个定子齿部上分别集中卷绕了定子绕组；上述转子，在与若干个上述永磁铁对应的凸极部间的外周面上，形成了第一突起部和位于该第一突起部两侧的缺口部；在上述永久磁铁的两端部，形成了防止磁通短路用的非磁性部；将该非磁性部与上述缺口部之间的桥部缩窄到磁饱和的程度；在上述缺口部上，形成朝外周面方向伸出的第二突起部。
7.一种压缩机，其特征在于，备有配置在密闭容器内部的压缩部、和权利要求6所述的电动机，该电动机作为将从上述压缩部中的吸入口吸入的制冷剂气体压缩后从排出口排出的驱动源。
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